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synced 2025-07-04 17:38:08 +03:00
Netlist: Move generic models into nld_generic_models. (nw)
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couriersud
parent
3320ae1f73
commit
db9caf8a9e
216
src/lib/netlist/analog/nld_generic_models.h
Normal file
216
src/lib/netlist/analog/nld_generic_models.h
Normal file
@ -0,0 +1,216 @@
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// license:GPL-2.0+
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// copyright-holders:Couriersud
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/*
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* nl_generic_models.h
|
||||||
|
*
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|
*/
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#ifndef NLD_GENERIC_MODELS_H_
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#define NLD_GENERIC_MODELS_H_
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#include "netlist/nl_base.h"
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#include "netlist/nl_setup.h"
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#include <cmath>
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namespace netlist
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{
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namespace analog
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|
{
|
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// -----------------------------------------------------------------------------
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|
// A generic capacitor model
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// -----------------------------------------------------------------------------
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enum class capacitor_e
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|
{
|
||||||
|
VARIABLE_CAPACITY,
|
||||||
|
CONSTANT_CAPACITY
|
||||||
|
};
|
||||||
|
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template <capacitor_e TYPE>
|
||||||
|
class generic_capacitor
|
||||||
|
{
|
||||||
|
};
|
||||||
|
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template <>
|
||||||
|
class generic_capacitor<capacitor_e::VARIABLE_CAPACITY>
|
||||||
|
{
|
||||||
|
public:
|
||||||
|
generic_capacitor(device_t &dev, const pstring &name)
|
||||||
|
: m_h(dev, name + ".m_h", 0.0)
|
||||||
|
, m_c(dev, name + ".m_c", 0.0)
|
||||||
|
, m_v(dev, name + ".m_v", 0.0)
|
||||||
|
, m_gmin(0.0)
|
||||||
|
{
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|
}
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||||||
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||||||
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capacitor_e type() const { return capacitor_e::VARIABLE_CAPACITY; }
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||||||
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||||||
|
nl_double G(nl_double cap) const
|
||||||
|
{
|
||||||
|
//return m_h * (2.0 * cap - m_c) + m_gmin;
|
||||||
|
return m_h * 0.5 * (cap + m_c) + m_gmin;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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||||||
|
nl_double Ieq(nl_double cap, nl_double v) const
|
||||||
|
{
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||||||
|
plib::unused_var(v);
|
||||||
|
// return m_h * (cap * v - m_charge) - G(cap) * v;
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||||||
|
return -m_h * 0.5 * (cap + m_c) * m_v;
|
||||||
|
}
|
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|
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||||||
|
void timestep(nl_double cap, nl_double v, nl_double step)
|
||||||
|
{
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|
m_h = 1.0 / step;
|
||||||
|
m_c = cap;
|
||||||
|
m_v = v;
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}
|
||||||
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||||||
|
void setparams(nl_double gmin) { m_gmin = gmin; }
|
||||||
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|
private:
|
||||||
|
state_var<double> m_h;
|
||||||
|
state_var<double> m_c;
|
||||||
|
state_var<double> m_v;
|
||||||
|
nl_double m_gmin;
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
template <>
|
||||||
|
class generic_capacitor<capacitor_e::CONSTANT_CAPACITY>
|
||||||
|
{
|
||||||
|
public:
|
||||||
|
generic_capacitor(device_t &dev, const pstring &name)
|
||||||
|
: m_h(dev, name + ".m_h", 0.0)
|
||||||
|
, m_gmin(0.0)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
capacitor_e type() const { return capacitor_e::CONSTANT_CAPACITY; }
|
||||||
|
nl_double G(nl_double cap) const { return cap * m_h + m_gmin; }
|
||||||
|
nl_double Ieq(nl_double cap, nl_double v) const { return - G(cap) * v; }
|
||||||
|
|
||||||
|
void timestep(nl_double cap, nl_double v, nl_double step)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
plib::unused_var(cap, v);
|
||||||
|
m_h = 1.0 / step;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
void setparams(nl_double gmin) { m_gmin = gmin; }
|
||||||
|
private:
|
||||||
|
state_var<nl_double> m_h;
|
||||||
|
nl_double m_gmin;
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
// -----------------------------------------------------------------------------
|
||||||
|
// A generic diode model to be used in other devices (Diode, BJT ...)
|
||||||
|
// -----------------------------------------------------------------------------
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||||||
|
|
||||||
|
enum class diode_e
|
||||||
|
{
|
||||||
|
BIPOLAR,
|
||||||
|
MOS
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
template <diode_e TYPE>
|
||||||
|
class generic_diode
|
||||||
|
{
|
||||||
|
public:
|
||||||
|
generic_diode(device_t &dev, const pstring &name)
|
||||||
|
: m_Vd(dev, name + ".m_Vd", 0.7)
|
||||||
|
, m_Id(dev, name + ".m_Id", 0.0)
|
||||||
|
, m_G(dev, name + ".m_G", 1e-15)
|
||||||
|
, m_Vt(0.0)
|
||||||
|
, m_Vmin(0.0) // not used in MOS model
|
||||||
|
, m_Is(0.0)
|
||||||
|
, m_logIs(0.0)
|
||||||
|
, m_n(0.0)
|
||||||
|
, m_gmin(1e-15)
|
||||||
|
, m_VtInv(0.0)
|
||||||
|
, m_Vcrit(0.0)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
set_param(1e-15, 1, 1e-15, 300.0);
|
||||||
|
}
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|
void update_diode(const nl_double nVd)
|
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|
{
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||||||
|
nl_double IseVDVt(0.0);
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||||||
|
|
||||||
|
if (TYPE == diode_e::BIPOLAR && nVd < m_Vmin)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
m_Vd = nVd;
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||||||
|
m_G = m_gmin;
|
||||||
|
m_Id = - m_Is;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else if (TYPE == diode_e::MOS && nVd < constants::zero())
|
||||||
|
{
|
||||||
|
m_Vd = nVd;
|
||||||
|
m_G = m_Is * m_VtInv + m_gmin;
|
||||||
|
m_Id = m_G * m_Vd;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else if (/*TYPE == diode_e::MOS || */nVd < m_Vcrit)
|
||||||
|
{
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||||||
|
m_Vd = nVd;
|
||||||
|
IseVDVt = std::exp(std::min(300.0, m_logIs + m_Vd * m_VtInv));
|
||||||
|
m_Id = IseVDVt - m_Is;
|
||||||
|
m_G = IseVDVt * m_VtInv + m_gmin;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else
|
||||||
|
{
|
||||||
|
if (TYPE == diode_e::MOS && m_Vd < constants::zero())
|
||||||
|
m_Vd = std::min(m_Vmin, nVd);
|
||||||
|
|
||||||
|
const nl_double d = (nVd - m_Vd);
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||||||
|
const nl_double a = std::abs(nVd - m_Vd) * m_VtInv;
|
||||||
|
m_Vd = m_Vd + (d < 0 ? -1.0 : 1.0) * std::log1p(a) * m_Vt;
|
||||||
|
IseVDVt = std::exp(m_logIs + m_Vd * m_VtInv);
|
||||||
|
//const double IseVDVt = m_Is * std::exp(m_Vd * m_VtInv);
|
||||||
|
m_Id = IseVDVt - m_Is;
|
||||||
|
m_G = IseVDVt * m_VtInv + m_gmin;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void set_param(const nl_double Is, const nl_double n, nl_double gmin, nl_double temp)
|
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|
{
|
||||||
|
m_Is = Is;
|
||||||
|
m_logIs = std::log(Is);
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||||||
|
m_n = n;
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|
m_gmin = gmin;
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||||||
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||||||
|
m_Vt = m_n * temp * constants::k_b() / constants::Q_e();
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||||||
|
|
||||||
|
m_Vmin = -5.0 * m_Vt;
|
||||||
|
|
||||||
|
m_Vcrit = m_Vt * std::log(m_Vt / m_Is / constants::sqrt2());
|
||||||
|
m_VtInv = constants::one() / m_Vt;
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||||||
|
//printf("%g %g\n", m_Vmin, m_Vcrit);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
nl_double I() const { return m_Id; }
|
||||||
|
nl_double G() const { return m_G; }
|
||||||
|
nl_double Ieq() const { return (m_Id - m_Vd * m_G); }
|
||||||
|
nl_double Vd() const { return m_Vd; }
|
||||||
|
|
||||||
|
/* owning object must save those ... */
|
||||||
|
|
||||||
|
private:
|
||||||
|
state_var<nl_double> m_Vd;
|
||||||
|
state_var<nl_double> m_Id;
|
||||||
|
state_var<nl_double> m_G;
|
||||||
|
|
||||||
|
nl_double m_Vt;
|
||||||
|
nl_double m_Vmin;
|
||||||
|
nl_double m_Is;
|
||||||
|
nl_double m_logIs;
|
||||||
|
nl_double m_n;
|
||||||
|
nl_double m_gmin;
|
||||||
|
|
||||||
|
nl_double m_VtInv;
|
||||||
|
nl_double m_Vcrit;
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
} // namespace analog
|
||||||
|
} // namespace netlist
|
||||||
|
|
||||||
|
#endif /* NLD_GENERIC_MODELS_H_ */
|
||||||
@ -37,6 +37,7 @@
|
|||||||
#include "netlist/nl_setup.h"
|
#include "netlist/nl_setup.h"
|
||||||
#include "netlist/solver/nld_solver.h"
|
#include "netlist/solver/nld_solver.h"
|
||||||
#include "plib/pfunction.h"
|
#include "plib/pfunction.h"
|
||||||
|
#include "nld_generic_models.h"
|
||||||
|
|
||||||
#include <cmath>
|
#include <cmath>
|
||||||
|
|
||||||
@ -220,132 +221,6 @@ private:
|
|||||||
param_logic_t m_Reverse;
|
param_logic_t m_Reverse;
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
// -----------------------------------------------------------------------------
|
|
||||||
// A generic capacitor model
|
|
||||||
// -----------------------------------------------------------------------------
|
|
||||||
|
|
||||||
enum class capacitor_e
|
|
||||||
{
|
|
||||||
VARIABLE_CAPACITY,
|
|
||||||
CONSTANT_CAPACITY
|
|
||||||
};
|
|
||||||
|
|
||||||
template <capacitor_e TYPE>
|
|
||||||
class generic_capacitor
|
|
||||||
{
|
|
||||||
};
|
|
||||||
|
|
||||||
#if 1
|
|
||||||
template <>
|
|
||||||
class generic_capacitor<capacitor_e::VARIABLE_CAPACITY>
|
|
||||||
{
|
|
||||||
public:
|
|
||||||
generic_capacitor(device_t &dev, const pstring &name)
|
|
||||||
: m_h(dev, name + ".m_h", 0.0)
|
|
||||||
, m_c(dev, name + ".m_c", 0.0)
|
|
||||||
, m_v(dev, name + ".m_v", 0.0)
|
|
||||||
, m_gmin(0.0)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
capacitor_e type() const { return capacitor_e::VARIABLE_CAPACITY; }
|
|
||||||
|
|
||||||
nl_double G(nl_double cap) const
|
|
||||||
{
|
|
||||||
//return m_h * (2.0 * cap - m_c) + m_gmin;
|
|
||||||
return m_h * 0.5 * (cap + m_c) + m_gmin;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
nl_double Ieq(nl_double cap, nl_double v) const
|
|
||||||
{
|
|
||||||
plib::unused_var(v);
|
|
||||||
// return m_h * (cap * v - m_charge) - G(cap) * v;
|
|
||||||
return -m_h * 0.5 * (cap + m_c) * m_v;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void timestep(nl_double cap, nl_double v, nl_double step)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
m_h = 1.0 / step;
|
|
||||||
m_c = cap;
|
|
||||||
m_v = v;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void setparams(nl_double gmin) { m_gmin = gmin; }
|
|
||||||
|
|
||||||
private:
|
|
||||||
state_var<double> m_h;
|
|
||||||
state_var<double> m_c;
|
|
||||||
state_var<double> m_v;
|
|
||||||
nl_double m_gmin;
|
|
||||||
};
|
|
||||||
#else
|
|
||||||
template <>
|
|
||||||
class generic_capacitor<capacitor_e::VARIABLE_CAPACITY>
|
|
||||||
{
|
|
||||||
public:
|
|
||||||
generic_capacitor(device_t &dev, const pstring &name)
|
|
||||||
: m_h(dev, name + ".m_h", 0.0)
|
|
||||||
, m_charge(dev, name + ".m_charge", 0.0)
|
|
||||||
, m_v(dev, name + ".m_v", 0.0)
|
|
||||||
, m_gmin(0.0)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
constexpr capacitor_e type() const { return capacitor_e::VARIABLE_CAPACITY; }
|
|
||||||
|
|
||||||
constexpr nl_double G(nl_double cap) const
|
|
||||||
{
|
|
||||||
return cap * m_h + m_gmin;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
constexpr nl_double Ieq(nl_double cap, nl_double v) const
|
|
||||||
{
|
|
||||||
// return m_h * (cap * v - m_charge) - G(cap) * v;
|
|
||||||
// return m_h * (cap * (v - m_v)) - G(cap) * v;
|
|
||||||
return -m_h * cap * m_v;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void timestep(nl_double cap, nl_double v, nl_double step)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
m_h = 1.0 / step;
|
|
||||||
m_charge = m_charge + cap * (v - m_v);
|
|
||||||
m_v = v;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void setparams(nl_double gmin) { m_gmin = gmin; }
|
|
||||||
|
|
||||||
private:
|
|
||||||
state_var<double> m_h;
|
|
||||||
state_var<double> m_charge;
|
|
||||||
state_var<double> m_v;
|
|
||||||
nl_double m_gmin;
|
|
||||||
};
|
|
||||||
#endif
|
|
||||||
template <>
|
|
||||||
class generic_capacitor<capacitor_e::CONSTANT_CAPACITY>
|
|
||||||
{
|
|
||||||
public:
|
|
||||||
generic_capacitor(device_t &dev, const pstring &name)
|
|
||||||
: m_h(dev, name + ".m_h", 0.0)
|
|
||||||
, m_gmin(0.0)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
capacitor_e type() const { return capacitor_e::CONSTANT_CAPACITY; }
|
|
||||||
nl_double G(nl_double cap) const { return cap * m_h + m_gmin; }
|
|
||||||
nl_double Ieq(nl_double cap, nl_double v) const { return - G(cap) * v; }
|
|
||||||
|
|
||||||
void timestep(nl_double cap, nl_double v, nl_double step)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
plib::unused_var(cap, v);
|
|
||||||
m_h = 1.0 / step;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
void setparams(nl_double gmin) { m_gmin = gmin; }
|
|
||||||
private:
|
|
||||||
state_var<nl_double> m_h;
|
|
||||||
nl_double m_gmin;
|
|
||||||
};
|
|
||||||
|
|
||||||
// -----------------------------------------------------------------------------
|
// -----------------------------------------------------------------------------
|
||||||
// nld_C
|
// nld_C
|
||||||
// -----------------------------------------------------------------------------
|
// -----------------------------------------------------------------------------
|
||||||
@ -429,149 +304,6 @@ private:
|
|||||||
nl_double m_I;
|
nl_double m_I;
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
// -----------------------------------------------------------------------------
|
|
||||||
// A generic diode model to be used in other devices (Diode, BJT ...)
|
|
||||||
// -----------------------------------------------------------------------------
|
|
||||||
|
|
||||||
enum class diode_e
|
|
||||||
{
|
|
||||||
BIPOLAR,
|
|
||||||
MOS
|
|
||||||
};
|
|
||||||
|
|
||||||
template <diode_e TYPE>
|
|
||||||
class generic_diode
|
|
||||||
{
|
|
||||||
public:
|
|
||||||
generic_diode(device_t &dev, const pstring &name)
|
|
||||||
: m_Vd(dev, name + ".m_Vd", 0.7)
|
|
||||||
, m_Id(dev, name + ".m_Id", 0.0)
|
|
||||||
, m_G(dev, name + ".m_G", 1e-15)
|
|
||||||
, m_Vt(0.0)
|
|
||||||
, m_Vmin(0.0) // not used in MOS model
|
|
||||||
, m_Is(0.0)
|
|
||||||
, m_logIs(0.0)
|
|
||||||
, m_n(0.0)
|
|
||||||
, m_gmin(1e-15)
|
|
||||||
, m_VtInv(0.0)
|
|
||||||
, m_Vcrit(0.0)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
set_param(1e-15, 1, 1e-15, 300.0);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
#if 0
|
|
||||||
void update_diode(const double nVd)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
if (TYPE == diode_e::BIPOLAR && nVd < m_Vmin)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
m_Vd = nVd;
|
|
||||||
m_G = m_gmin;
|
|
||||||
m_Id = - m_Is;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
else if (TYPE == diode_e::MOS && nVd < constants::zero())
|
|
||||||
{
|
|
||||||
m_Vd = nVd;
|
|
||||||
m_G = m_Is * m_VtInv + m_gmin;
|
|
||||||
m_Id = m_G * m_Vd;
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||||||
}
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||||||
// FIXME: For MOS, stop here, the critical code path will not converge
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||||||
else if (TYPE == diode_e::MOS || nVd < m_Vcrit)
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||||||
{
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||||||
m_Vd = nVd;
|
|
||||||
const double IseVDVt = std::exp(std::min(300.0, m_logIs + m_Vd * m_VtInv));
|
|
||||||
m_Id = IseVDVt - m_Is;
|
|
||||||
m_G = IseVDVt * m_VtInv + m_gmin;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
else
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||||||
{
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||||||
const double a = std::max((nVd - m_Vd) * m_VtInv, constants::cast(-0.99));
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||||||
m_Vd = m_Vd + std::log1p(a) * m_Vt;
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|
||||||
//const double IseVDVt = m_Is * std::exp(m_Vd * m_VtInv);
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||||||
const double IseVDVt = std::exp(m_logIs + m_Vd * m_VtInv);
|
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||||||
m_Id = IseVDVt - m_Is;
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||||||
m_G = IseVDVt * m_VtInv + m_gmin;
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||||||
}
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||||||
}
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||||||
#else
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void update_diode(const nl_double nVd)
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{
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nl_double IseVDVt(0.0);
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||||||
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if (TYPE == diode_e::BIPOLAR && nVd < m_Vmin)
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||||||
{
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||||||
m_Vd = nVd;
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||||||
m_G = m_gmin;
|
|
||||||
m_Id = - m_Is;
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|
||||||
}
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||||||
else if (TYPE == diode_e::MOS && nVd < constants::zero())
|
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||||||
{
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|
||||||
m_Vd = nVd;
|
|
||||||
m_G = m_Is * m_VtInv + m_gmin;
|
|
||||||
m_Id = m_G * m_Vd;
|
|
||||||
}
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||||||
else if (/*TYPE == diode_e::MOS || */nVd < m_Vcrit)
|
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||||||
{
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||||||
m_Vd = nVd;
|
|
||||||
IseVDVt = std::exp(std::min(300.0, m_logIs + m_Vd * m_VtInv));
|
|
||||||
m_Id = IseVDVt - m_Is;
|
|
||||||
m_G = IseVDVt * m_VtInv + m_gmin;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
else
|
|
||||||
{
|
|
||||||
if (TYPE == diode_e::MOS && m_Vd < constants::zero())
|
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||||||
m_Vd = std::min(m_Vmin, nVd);
|
|
||||||
|
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||||||
const nl_double d = (nVd - m_Vd);
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|
||||||
const nl_double a = std::abs(nVd - m_Vd) * m_VtInv;
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|
||||||
m_Vd = m_Vd + (d < 0 ? -1.0 : 1.0) * std::log1p(a) * m_Vt;
|
|
||||||
IseVDVt = std::exp(m_logIs + m_Vd * m_VtInv);
|
|
||||||
//const double IseVDVt = m_Is * std::exp(m_Vd * m_VtInv);
|
|
||||||
m_Id = IseVDVt - m_Is;
|
|
||||||
m_G = IseVDVt * m_VtInv + m_gmin;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
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||||||
#endif
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||||||
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||||||
void set_param(const nl_double Is, const nl_double n, nl_double gmin, nl_double temp)
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||||||
{
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||||||
m_Is = Is;
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||||||
m_logIs = std::log(Is);
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||||||
m_n = n;
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||||||
m_gmin = gmin;
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||||||
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||||||
m_Vt = m_n * temp * constants::k_b() / constants::Q_e();
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||||||
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||||||
m_Vmin = -5.0 * m_Vt;
|
|
||||||
|
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||||||
m_Vcrit = m_Vt * std::log(m_Vt / m_Is / constants::sqrt2());
|
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||||||
m_VtInv = constants::one() / m_Vt;
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||||||
//printf("%g %g\n", m_Vmin, m_Vcrit);
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||||||
}
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||||||
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||||||
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||||||
nl_double I() const { return m_Id; }
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||||||
nl_double G() const { return m_G; }
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||||||
nl_double Ieq() const { return (m_Id - m_Vd * m_G); }
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||||||
nl_double Vd() const { return m_Vd; }
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||||||
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||||||
/* owning object must save those ... */
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||||||
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||||||
private:
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state_var<nl_double> m_Vd;
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||||||
state_var<nl_double> m_Id;
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||||||
state_var<nl_double> m_G;
|
|
||||||
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||||||
nl_double m_Vt;
|
|
||||||
nl_double m_Vmin;
|
|
||||||
nl_double m_Is;
|
|
||||||
nl_double m_logIs;
|
|
||||||
nl_double m_n;
|
|
||||||
nl_double m_gmin;
|
|
||||||
|
|
||||||
nl_double m_VtInv;
|
|
||||||
nl_double m_Vcrit;
|
|
||||||
};
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||||||
/*! Class representing the diode model paramers.
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/*! Class representing the diode model paramers.
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* This is the model representation of the diode model. Typically, SPICE uses
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* This is the model representation of the diode model. Typically, SPICE uses
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* the following parameters. A "Y" in the first column indicates that the
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* the following parameters. A "Y" in the first column indicates that the
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